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三、事故损失情况
事故造成2号发电机组跳闸,1、3、4号发电机组接连避险停运,全厂损失电力负荷640兆瓦,事故未造成对用户停供电,未对电网和热网运行造成实质性影响。事故引发的火灾造成2号汽轮发电机组表面大部分过火,轴瓦、励磁小轴、轴承箱等部分设备损毁,汽机辅机设备大部分过火,部分损毁,2号机组所处的厂房顶棚钢梁过火,局部顶棚烧穿,厂房0米、4米、6米、12米平台多数竖直钢梁、楼梯过火,相邻厂房顶棚部分损毁,部分窗户玻璃破损。事故引发的火灾主要是汽轮机油、氢气、建筑材料以及电缆等易燃物品的燃烧。根据运行记录估算,当日2号机溢出汽轮机油约5000升,漏出氢气量约15.5立方米。根据消防部门估算,过火面积约500平方米。
经事故经济损失评估单位中国电力企业联合会司法鉴定中心评估,本次事故直接经济损失为988.46万元。
四、事故原因
调查组经查勘事故现场,分析机组运行监控系统各类信号和数据,问询电厂运行和检修人员,未发现人为误操作、运行管理失职和恶意破坏的因素。调查组经技术分析后认为,事故原因是由于华能北京热电厂2号机组汽轮机第20级叶轮轮缘在运行中突然断裂。钢铁研究总院和华北电力科学研究院技术鉴定确定,该轮缘的断裂属于在应力和腐蚀性介质共同作用下发生的应力腐蚀断裂。经核对机组原始设计资料,20级叶轮正处在干、湿蒸汽交替区,具备发生应力腐蚀的条件。汽轮机长期运行过程中,在应力和腐蚀性介质共同作用下,首先在叶轮反T形槽内壁上方根部形成微裂纹,随着应力腐蚀裂纹的扩展,裂纹面积越来越大,剩余承载面积越来越小,当剩余承载面积不足以承受叶片离心力的作用时,剩余面积将以剪切的方式瞬时断裂,从而导致轮缘的脱落。轮缘截面如图:
另一方面,20级轮缘加工工艺粗糙,材质存在缺陷。经北京北重汽轮电机有限责任公司检测,20级轮缘反T形槽加工工艺粗糙,多个部位粗糙度达到6.3微米,远远大于同类型机组技术引进单位哈尔滨汽轮机厂《汽轮机主要零部件(转子部分)加工装配技术条件》规定的3.2微米;现场测量反T形槽两个R角低于0.3毫米,也低于上述技术条件。工艺不规范的部位会导致应力的高度集中,使断裂更易发生。20级轮缘材质经华北电科院金属检验,材质与国产34CrNi1Mo型号的钢材近似,主要强度特性满足国内标准要求,但冲击韧性和断面后延伸率低于标准,材料表现偏脆、硬和韧性较低。
第20级叶轮轮缘断裂后,连带39片叶片脱落在汽轮机低压缸内。由于总体脱落质量达到了123千克,导致汽轮发电机组轴系严重失衡,机组轴系发生了剧烈的振动,导致轴和轴瓦严重磨损,同时导致轴封和氢气密封系统失效。随后,润滑油和氢气发生大量泄漏。由于润滑油和氢气都属于可燃物,接触空气后,加之存在正常运行的励磁系统火花和高温的轴系转动部位,润滑油和氢气发生了剧烈的爆炸和燃烧。
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